工程師該如何選擇電源？

來源：凌力爾特  作者：Pinkesh Sachdev2014年04月10日 09:49

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[導讀] 在移動系統的另一端，大型高可用性服務器機架內至少有兩個電源，以在任何一個電源出故障時，保持服務器正常運行。

關鍵詞：供電處理器LTC4417LTC4370LTC4352電源

　　由于電子產品的風靡，能夠用多種電源供電的設備已經屢見不鮮了。例如，工業手持式儀表或便攜式醫療診斷設備大部分時間用電池供電，但一旦插入交流適配器或USB端口，就從交流適配器或USB端口吸取功率了，這時既為電池充電，又為系統供電。在移動系統的另一端，大型高可用性服務器機架內至少有兩個電源，以在任何一個電源出故障時，保持服務器正常運行。存儲服務器則用超級電容器做備份電源，以在主電源斷開時，干凈利落地實現無差錯停機，當然，也有些服務器采用大電流主電源和小電流輔助電源。所有這些系統都面臨著一項重要任務，即在各種不同的可用電源中，選擇一個為系統負載供電。

　　電源多路復用中隱藏的問題

　　在給定環境中選擇合適電源這一任務，聽起來簡單輕松，但是如果選擇不當，后果很嚴重，可能造成系統故障并損壞電源。如果加在電源輸出端的電壓較高，那么在并聯工作的電源之間進行切換可能導致電流回流到電源中。有些電源如果遭遇能量返回，就會出現故障，使控制環路中斷，引起電源輸入端子過壓，這有可能導致電容器及其他器件燒掉。并聯電源切換時還存在一個風險，即所有電源與輸出之間的斷接時間都可能過長，導致輸出電壓下降，系統復位或系統運行不正常。當電源之間的電壓比較接近時，會出現第三個問題。有些基于比較器的控制方法引入了一種振蕩模式，即在電源之間連續切換，這樣一來，電源之間的切換就需要周密設計了。

　　相同的電源

　　讓我們從最簡單的情況開始—由兩個相同的電源給一個系統供電。這里相同的含義是，相同的標稱電壓，其變化在電源容限范圍內通常為百分之幾。這種情況出現在高可用性服務器中，這類服務器配備兩個或更多冗余電源，以在任何電源出現故障時，能夠不間斷運行。在這類系統中，一種簡單的方法是，選擇電壓最高的電源給系統供電。兩個二極管的陽極分別連接兩個電源，陰極則連在一起，形成所謂的二極管“或”電路，這樣就實現了由電壓較高的電源供電的功能（參見圖1）。僅連入一個電源時，這個電路也正常工作。存在兩個電源時，電壓較高的那個電源，其二極管正向偏置，另一個二極管則反向偏置。

　　圖1：兩個電源的二極管“或”電路向負載供電。

　　新式服務器中有多個板卡，功率輕易就能超過千瓦，因此12V直流電源須提供50A～100A的電流。運用普通的老式二極管，即使是壓差較低的肖特基二極管，對這樣兩個12V電源進行二極管“或”，如果不是不可能，也要面臨可怕的熱量管理任務，因為在這么大電流時，兩個二極管的電壓下降1V，就會消耗很大的功率，例如，在50A電流時，功耗為50W。因此需要壓差低得多的理想二極管。正像解決其他許多電路問題時一樣，MOSFET再次伸出了援手。MOSFET 加上一個檢測電路，可起到理想二極管的作用，正向偏置時（輸入高于輸出），接通壓差非常低，反向偏置時（輸入低于輸出）則斷開。理想二極管壓差可降至普通二極管的1/10，因此功耗降至可應對的5W。通過RDS（ON）為2m的單個或并聯N溝道MOSFET，很容易實現這樣的理想二極管“或”電路。圖2顯示了一個這樣的電路及其I-V曲線。凌力爾特的LTC4352控制一個N溝道MOSFET，以實現理想二極管功能。這樣的兩個電路并聯，就形成了一個理想二極管“或”電路，可用于冗余電源系統。按照一定比例線性跟隨MOSFET的壓降，可確保電源不產生振蕩，平滑切換，而0.5μs 的快速接通和斷開時間，則最大限度地減小了輸出壓降和反向電流。

　　圖2：具UV/OV的LTC4352理想二極管及其I-V曲線。

　　理想二極管的功能是無源二極管望塵莫及的。僅當輸入處于欠壓（UV）和過壓（OV）門限設定的有效范圍之內時，LTC4352才能成為理想二極管。 STATUS#引腳向下游電路提供MOSFET接通或斷開的狀態信號，FAULT#引腳指示MOSFET是由于UV/OV狀況而關斷，還是由于 MOSFET呈電阻性或開路而導致過大壓降，后者在故障發生之前發出了即將出現故障的警報。

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